JP2002066814A - 主軸装置及び該装置の工具アンクランプ方法 - Google Patents

主軸装置及び該装置の工具アンクランプ方法

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JP2002066814A
JP2002066814A JP2000255162A JP2000255162A JP2002066814A JP 2002066814 A JP2002066814 A JP 2002066814A JP 2000255162 A JP2000255162 A JP 2000255162A JP 2000255162 A JP2000255162 A JP 2000255162A JP 2002066814 A JP2002066814 A JP 2002066814A
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hydraulic cylinder
draw bar
main shaft
spindle device
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JP2000255162A
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Hideo Hirota
英生 廣田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 騒音を発生させることなく、工具又は工具ホ
ルダーのクランプ・アンクランプの動作時間の短縮化が
図れる主軸装置を提供する。 【解決手段】 ハウジング2に回転可能に支持された主
軸5内にドローバー9を軸線方向へ進退動可能に挿入
し、ばね装置14及び油圧シリンダ16の伸縮作動によ
り前記ドローバー9を進退動させることで、主軸5先端
に対する工具ホルダー6のクランプ・アンクランプを可
能にした主軸装置において、前記油圧シリンダ16を2
段階動作が可能に設け、少なくとも前記ドローバー9を
前進させるアンクランプの際に、予め一段目の動作でピ
ストン18を空ストロークさせ、前記ドローバー9のロ
ッドエンドとピストン18前端との初期間隙Cが吸収さ
れるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ATC(自動工具
交換装置)を備えたマシニングセンタ等工作機械の主軸
装置及び該装置の工具アンクランプ方法に関する。
【0002】
【従来の技術および課題】この種、工作機械の主軸装置
は、例えば特公平7−106534号公報等に開示され
ているように、ハウジングに回転可能に支持された主軸
内にドローバーを軸線方向(長手方向)に進退動可能に
挿入し、ばね装置及び油圧シリンダの伸縮作動により前
記ドローバーを進退動させることで、主軸先端に対する
工具(又は工具を保持した工具ホルダー)のクランプ・
アンクランプを可能にしている。
【0003】当該主軸装置において、油圧シリンダのピ
ストンを伸び側(主軸の先端側)にストロークさせる
と、やがてピストンの前端部がドローバーのロッドエン
ドに当接して当該ドローバーをばね装置の付勢力に抗し
て前進動(押出し)させ、これにより主軸先端に組み付
けられたコレットチャックが解放動作して工具又は工具
ホルダーをアンクランプする。一方、工具又はホルダー
が主軸先端に挿入された状態で、油圧シリンダのピスト
ンを縮み側(主軸の後端側)にストロークさせると、ば
ね装置によるドローバーの後退動(引込み)よりコレッ
トチャックが係合動作して工具又は工具ホルダーをクラ
ンプするのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、油圧シリン
ダのピストン前端部とドローバーのロッドエンドとの間
には、通常隙間が設定されている。これは、ドローバー
は回転しているのに対し油圧シリンダのピストンは非回
転であるため、工具又は工具ホルダーのクランプ時に両
者を接触させておくことはできないからである。そし
て、該隙間の量は、工具又は工具ホルダーをクランプし
ている場合と、何もクランプしていない場合とでは、ド
ローバーの後退端の位置に違いがあること、また、部品
加工精度にバラツキがあること等を勘案して決定され
る。
【0005】一方、従来の主軸装置は、工具又は工具ホ
ルダーのクランプ・アンクランプ時には、油圧シリンダ
が伸び側及び縮み側のそれぞれの全ストロークを1動作
(ピストンの1ストローク)で行う機構になっていたた
め、その動作時間には、実質的に工具又は工具ホルダー
のクランプ・アンクランプするための時間の他に、前記
隙間を移動するための時間が余計にかかるため、これが
工具交換に要する時間の短縮化を阻害する大きな要因に
なっているという問題点があった。
【0006】尚、現行の機構でも、油吐出量を増やすこ
とで、動作時間の短縮化を図ることができるが、この方
法だと、前述したアンクランプ時にピストンの前端部が
ドローバーのロッドエンドに急激に当接することになる
ため、その衝撃音が非常に大きくなって騒音対策上到底
採用できない。
【0007】本発明は、前記従来の主軸装置に関わる諸
問題に鑑み提案されたもので、騒音を発生させることな
く、工具又は工具ホルダーのクランプ・アンクランプの
動作時間の短縮化が図れる主軸装置を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項1に係る発明の主軸装置は、ハウジングに回
転可能に支持された主軸内にドローバーを軸線方向に移
動自在に設け、主軸先端に工具をクランプするために前
記ドローバーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有する
と共に、該弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを
主軸前方側に移動させて工具をアンクランプする油圧シ
リンダを有してなる工作機械の主軸装置において、前記
油圧シリンダは2段階の動作を行うように駆動制御され
ることを特徴とする。
【0009】また、請求項2に係る発明の主軸装置は、
前記油圧シリンダの1段階目の動作は工具をアンクラン
プする前に行い、2段階目の動作で前記ドローバーを移
動させるように駆動制御することを特徴とする。
【0010】また、請求項3に係る発明の主軸装置は、
前記油圧シリンダの1段階目の動作は工作機械の自動工
具交換装置が工具交換位置に移動する間に行うことを特
徴とする。
【0011】また、請求項4に係る発明の主軸装置の工
具アンクランプ方法は、ハウジングに回転可能に支持さ
れた主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、
主軸先端に工具をクランプするために前記ドローバーを
主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性
手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移
動させて工具をアンクランプする油圧シリンダを有して
なる工作機械の主軸装置において、前記油圧シリンダ
を、ドローバーを移動させるための作動の手前で一旦停
止させ、その後同油圧シリンダをさらに作動させてドロ
ーバーを移動し、工具をアンクランプすることを特徴と
する。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例により図面を用いて詳細に説明する。
【0013】[実施例]図1は本発明の一実施例にかか
る主軸装置の縦断面図、図2は同じく油圧シリンダの油
圧回路図、図3は同じく油圧シリンダの仕様を示す図表
である。
【0014】図1に示すように、ATC(自動工具交換
装置)を備えたマシニングセンタの主軸ヘッド1はハウ
ジング2を有してなる。
【0015】当該ハウジング2内には、軸受3と軸受4
とを介して主軸5が回転可能に収容保持されている。こ
の主軸5の先端部にはプルスタッド6aを有した工具ホ
ルダー6を引き込み、主軸5と一体回転可能にするコレ
ットチャック7が組み付けられる。主軸5はモータ23
によって回転駆動される。
【0016】詳述すると、前記主軸5の中心貫通孔8に
はドローバー9が挿通されており、該ドローバー9は前
記中心貫通孔8内を長手方向に摺動可能なナット10に
螺合させることによって、その中心軸線が主軸5の中心
軸線と一致するようにセンタリング保持されている。ま
た、ドローバー9のナット10が螺合されている後方に
はドローバー9と一体的に長手方向に移動するジョイン
ト12が嵌合される。
【0017】そして、前記ドローバー9がばね装置14
の付勢力によって後退すると、その先端部に設けたコレ
ットチャック7で前記工具ホルダー6のプルスタッド6
aを引き込むことにより、図示しない工具を保持した工
具ホルダー6が主軸5に固定(クランプ)されるように
なっている。
【0018】前記工具ホルダー6のクランプを解除(ア
ンクランプ)するには、主軸5の後方に設けられた油圧
シリンダ16が使用される。この油圧シリンダ16は、
ハウジング2の後部に中間部材15を介して一体的に組
み付けられたヘッド部17a,17b内をピストン18
が摺動自在に収装されてなる。
【0019】そして、前記ピストン18が後述する油圧
力により伸び側(主軸5の先端側)にストロークする
と、やがてピストン18の前端部がドローバー9のロッ
ドエンド(厳密にはジョイント12の後端面)に当接し
て当該ドローバー9をばね装置14の付勢力に抗して前
進動(押出し)させ、これにより主軸5先端に組み付け
られたコレットチャック7が解放動作して工具ホルダー
6をアンクランプする。
【0020】一方、工具ホルダー6が主軸5先端に挿入
された状態で、ピストン18を縮み側(主軸5の後端
側)にストロークさせると、ばね装置14の付勢力によ
るドローバー9の後退動(引込み)よりコレットチャッ
ク7が係合動作して工具ホルダー6をクランプするよう
になっている。
【0021】本実施例では、前記油圧シリンダ16を2
段階動作が可能に設け、前記ドローバー9を前進させる
アンクランプの際に、予め1段目の動作でピストン18
を空ストロークさせておくようになっている。つまり、
この空ストロークにより、前記ドローバー9のロッドエ
ンドとピストン18の前端部との初期間隙(アンクラン
プの際の)Cが吸収される(埋まる)のである。
【0022】詳述すると、前記油圧シリンダ16は、図
2に示すように、ピストン18の後部油室側が2段の段
付き形状で形成され、シリンダ面積S1の後部油室19
に通じるポートP1と前記シリンダ面積S1より大きい
値のシリンダ面積S2の後部油室20に通じるポートP
2とがヘッド部17bに形成されると共に、シリンダ面
積S3の前部油室21に通じるポートP3が同じくヘッ
ド部17bに形成される。
【0023】そして、前記各ポートP1,P2,P3に
は、二つの電磁弁22a,22bによる油圧回路の切替
で、油圧ポンプPからの圧油が給,排されるようになっ
ている。
【0024】つまり、電磁弁22aがONで電磁弁22
bがOFFの時には、油圧ポンプPからの圧油はポート
P1を経て後部油室19に入り、低推力にてピストン1
8を伸び側に空ストロークさせる。この際、後部油室2
0の負圧は、ポートP3より前部油室21から戻った油
が電磁弁22bを通って補充されて解消される。
【0025】また、電磁弁22a,22bが共にONの
時には、油圧ポンプPからの圧油はポートP1より後部
油室19と電磁弁22bを通ってポートP2より後部油
室20に入り、高推力にてピストン18を伸び側に実ス
トロークさせる。つまり、この実ストローク(換言すれ
ば、ピストン18の2段目の動作)により、ピストン1
8の前端部が前記ドローバー9のロッドエンドに当接し
て当該ドローバー9を前進動(押出し)させるのであ
る。
【0026】また、電磁弁22a,22bが共にOFF
の時には、油圧ポンプPからの圧油はポートP3より前
部油室21に入り、所定の推力にてピストン18を縮み
側にストロークさせ、後部油室19,20からの戻り油
はそれぞれ電磁弁22a,22bを通ってタンクTに戻
される。
【0027】このように構成されるため、工具交換指令
時には、ATCへの主軸5の移動やシャッター開閉動作
の時間を利用して、予め、電磁弁22aをONすると共
に電磁弁22bをOFFして油圧シリンダ16のピスト
ン18を空ストロークさせておく。
【0028】この時の推力(シリンダの出力)はばね装
置14の付勢力より十分に弱い(低い)ため、ピストン
18の前端部が前記ドローバー9のロッドエンドに当接
したとしても、これを前進動させるには至らない。ま
た、前記当接の際の衝撃音も小さく、騒音上の問題もな
い。
【0029】そして、主軸5がATC位置に到達した時
に、電磁弁22a,22bを共にONして油圧シリンダ
16のピストン18を実ストロークさせ、前述したよう
に工具ホルダー6をアンクランプさせれば良い。
【0030】この時の推力(シリンダの出力)はばね装
置14の付勢力より十分に強い(高い)ため、迅速かつ
確実にドローバー9を前進動させられる。また、アンク
ランプ時の実質的な動作時間は、この実ストロークに要
する時間であるため、前記空ストロークに要する時間分
短縮される。
【0031】一方、ATCにより新しい工具ホルダー6
が主軸5先端に挿入された状態で、電磁弁22a,22
bを共にOFFしてピストン18を縮み側にストローク
させれば、前述したように前記工具ホルダー6はクラン
プされる。
【0032】つまり、ばね装置14の付勢力によって、
ピストン18は1動作で迅速に全ストロークし、確実に
ドローバー9を後退動させられる。
【0033】尚、本発明は上記実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であるこ
とはいうまでもない。例えば、本発明の主軸装置は、A
TCやビルトインモータを有しない工作機械にも適用す
ることができる。
【0034】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように請求項1の
発明の主軸装置によれば、ハウジングに回転可能に支持
された主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設
け、主軸先端に工具をクランプするために前記ドローバ
ーを主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該
弾性手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側
に移動させて工具をアンクランプする油圧シリンダを有
してなる工作機械の主軸装置において、前記油圧シリン
ダは2段階の動作を行うように駆動制御されることを特
徴とするので、低推力で空ストロークさせられると共に
アンクランプの際の実質的な動作時間は実ストロークに
要する時間だけとなり、依って騒音を発生させることな
く、工具又は工具ホルダーのクランプ・アンクランプの
動作時間の短縮化が図れる。
【0035】また、請求項2の発明の主軸装置によれ
ば、前記油圧シリンダの1段階目の動作は工具をアンク
ランプする前に行い、2段階目の動作で前記ドローバー
を移動させるように駆動制御することを特徴とするの
で、効果的に空ストロークさせられ、請求項1の発明と
同様の作用・効果が得られる。
【0036】また、請求項3の発明の主軸装置によれ
ば、前記油圧シリンダの1段階目の動作は工作機械の自
動工具交換装置が工具交換位置に移動する間に行うこと
を特徴とするので、ATCを備えたマシニングセンタに
おいて、効果的に油圧シリンダによる工具又は工具ホル
ダーのクランプ・アンクランプの動作時間の短縮化が図
れる。
【0037】また、請求項4に係る発明の主軸装置の工
具アンクランプ方法は、ハウジングに回転可能に支持さ
れた主軸内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、
主軸先端に工具をクランプするために前記ドローバーを
主軸後方側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性
手段の付勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移
動させて工具をアンクランプする油圧シリンダを有して
なる工作機械の主軸装置において、前記油圧シリンダ
を、ドローバーを移動させるための作動の手前で一旦停
止させ、その後同油圧シリンダをさらに作動させてドロ
ーバーを移動し、工具をアンクランプすることを特徴と
するので、低推力で空ストロークさせられると共にアン
クランプの際の実質的な動作時間は実ストロークに要す
る時間だけとなり、依って騒音を発生させることなく、
工具又は工具ホルダーのクランプ・アンクランプの動作
時間の短縮化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる主軸装置の縦断面図
である。
【図2】同じく油圧シリンダの油圧回路図である。
【符号の説明】
1 主軸ヘッド 2 ハウジング 3 軸受 4 軸受 5 主軸 6 工具ホルダー 7 コレットチャック 8 中心貫通孔 9 ドローバー 10 ナット 12 ジョイント 14 ばね装置 15 中間部材 16 油圧シリンダ 17a,17b ヘッド部 18 ピストン 19 後部油室 20 後部油室 21 前部油室 22a,22b 電磁弁 23 モータ P 油圧ポンプ T タンク P1,P2,P3 ポート C 初期間隙

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジングに回転可能に支持された主軸
    内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端
    に工具をクランプするために前記ドローバーを主軸後方
    側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付
    勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて
    工具をアンクランプする油圧シリンダを有してなる工作
    機械の主軸装置において、前記油圧シリンダは2段階の
    動作を行うように駆動制御されることを特徴とする主軸
    装置。
  2. 【請求項2】 前記油圧シリンダの1段階目の動作は工
    具をアンクランプする前に行い、2段階目の動作で前記
    ドローバーを移動させるように駆動制御することを特徴
    とする請求項1記載の主軸装置。
  3. 【請求項3】 前記油圧シリンダの1段階目の動作は工
    作機械の自動工具交換装置が工具交換位置に移動する間
    に行うことを特徴とする請求項2記載の主軸装置。
  4. 【請求項4】 ハウジングに回転可能に支持された主軸
    内にドローバーを軸線方向に移動自在に設け、主軸先端
    に工具をクランプするために前記ドローバーを主軸後方
    側に付勢する弾性手段を有すると共に、該弾性手段の付
    勢力に抗して前記ドローバーを主軸前方側に移動させて
    工具をアンクランプする油圧シリンダを有してなる工作
    機械の主軸装置において、前記油圧シリンダを、ドロー
    バーを移動させるための作動の手前で一旦停止させ、そ
    の後同油圧シリンダをさらに作動させてドローバーを移
    動し、工具をアンクランプすることを特徴とする主軸装
    置の工具アンクランプ方法。
JP2000255162A 2000-08-25 2000-08-25 主軸装置及び該装置の工具アンクランプ方法 Withdrawn JP2002066814A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007034746A1 (ja) * 2005-09-20 2007-03-29 Pascal Engineering Corporation 工具アンクランプ装置

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